10 Bioenergética

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METABOLISMO
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METABOLISMO CELULAR
É o conjunto de processos de transformação de substâncias que constituem a dinâmica da vida
ANABOLISMO 
&
CATABOLISMO
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METABOLISMO
CATABOLISMO = PROCESSO DE DEGRADAÇÃO DE SUBSTRATO E CONVERSÃO EM ENERGIA
ANABOLISMO = SÍNTESE DE CONSTITUINTES CELULARES (PAREDE, PROTEINAS, ÁCIDOS NUCLEICOS, ÁCIDOS GRAXOS, ....)
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CATABOLISMO
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Organização das vias metabólicas
Catabolismo
tende a convergir
Anabolismo
tende a divergir
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REAÇÕES CELULARES
As reações químicas que ocorrem nas células são reações acopladas;
A energia liberada em uma reação é utilizada para desencadear a reação seguinte.
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REAÇÕES QUÍMICAS DO METABOLISMO
Reações de fosforilação/desfosforilação: transferência do grupo fosfato entre 2 substratos. Catalisadas pelas enzimas quinases;
Reações de oxi-redução: transferência de elétrons entre 2 substratos:
		 Redução: ganho de elétrons
	 Oxidação: perda de elétrons 
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Reações de oxi-redução
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ATP
1 Adenosina + 3 Fosfatos
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DE ONDE VEM O ATP ?
Macronutrientes
Proteínas
Gorduras
glicose
ácidos graxos
Carboidratos
aminoácidos
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Alimentação
Nutrientes
ATP
Energia
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TRABALHOS BIOLÓGICOS
Digestão, absorção e assimilação de nutrientes
Secreção de hormônios em repouso e exercício
Manutenção dos gradientes eletroquímicos ( Na+,K+ )
Transmissão de impulsos nervosos
Síntese de novos compostos químicos e proteínas
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VIAS ENERGÉTICAS
ATP – fonte imediata de energia
Reação: ATP ADP + Pi + E
RESSÍNTESE DO ATP
UTILIZA 3 VIAS DE ENERGIA
Depende da intensidade e duração do esforço
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FORMAS DE PRODUÇÃO DE ATP
1 - VIA ANAERÓBICA ALÁTICA
Ressíntese - ação da creatina fosfato (CP)
ATP → ADP + Pi + E
ADP + CP → ATP + C + E
Sem O2 e sem ácido lático
2 - VIA ANAERÓBICA LÁTICA OU GLICOLÍTICA
Ressíntese - decomposição do glicogênio muscular em ácido pirúvico.
GLICOGÊNIO → ATP + ÁCIDO PIRÚVICO
3 - VIA OXIDATIVA OU AERÓBICA
Ressíntese - oxidação do glicogênio do fígado e ácidos graxos do tecido adiposo.
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1 - VIA ANAERÓBICA ALÁTICA
SISTEMA ATP-CP:
É o sistema energético mais simples;
Utilização das reservas de ATP;
O catabolismo da CP permite a ressíntese de ATP.
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ATP-CP
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CREATINA FOSFATO
Sintetizado no músculo através da Arginina + glicina;
 Elemento altamente energético nos músculos;
 Principal molécula de ressíntese do ATP nos primeiros 10 segundos de atividade máxima.
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SISTEMA ATP-CP:
Sustenta necessidades energéticas dos músculos por 3 a 10 s, num esforço máximo;
Ex. corrida
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2- VIA ANAERÓBICA LÁTICA OU GLICOLÍTICA :
Este sistema produz 2 a 3 ATP.
Sustentar necessidades energéticas dos músculos por alguns minutos, durante esforço máximo (ex. corrida).
AH2 + B A + BH2
Exemplo Ácido Lático Desidrogenase
COOH NADH NADox COOH
 ( (
CO H-C- OH
 ( (
CH3 CH3
Ácido Pirúvico Ácido Lático
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SISTEMA ANAERÓBIO LÁTICO
SISTEMA DO ÁCIDO LÁTICO
GLICÓLISE ANAERÓBIA
Degradação da glicose ou do glicogênio muscular 
Ácido pirúvico
 
Ácido lático
Sem O2
Com O2
Produção de ATP: 
Glicose: 2 moléculas
Glicogênio: 3 moléculas.
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SISTEMA ANAERÓBIO LÁTICO
Glicólise - acumula ácido lático e débito de O2;
Reservas esgotam em 2 min de exercício;
Exercícios de curta duração e alta intensidade;
Produção de ATP pequena e limitada.
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3- VIA OXIDATIVA OU AERÓBICA
Glicídeos:
Glicólise;
Ciclo de Krebs;
Cadeia transportadora de elétrons.
Lipídeos:
Lipólise;
-oxidação;
Ciclo de Krebs;
Cadeia transportadora de elétrons.
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SISTEMA AERÓBIO
Glicólise em presença de O2 sem acúmulo de ác. lático;
A partir de 2 min de exercício;
Exercícios de longa duração e baixa intensidade;
Produção de ATP é grande e ilimitada;
Todas a fontes energéticas são utilizadas (CHO, PO, GO). 
Com O2
Produção de ATP: 38 moléculas
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Sistema Oxidativo: (glicídeos)
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SALDO ENERGÉTICO
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RELAÇÕES TERMODINÂMICAS E COMPONENTES RICOS EM ENERGIA
Primeira Lei da Termodinâmica: Lei da conservação da energia – Embora a energia possa ser convertida de uma forma em outra, a energia total do sistema permanece constante
A energia não pode ser criada e nem destruída, apenas se TRANSFORMA
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PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA:
A energia química da glicose, é convertida, na glicólise, em energia de ATP;
No músculo esquelético, a energia em ligações fosfato ricas em energia do ATP é convertida em energia mecânica, durante a contração muscular
A energia de um gradiente osmótico eletropotencial de prótons através da membrana mitocondrial é convertida em energia quimica durante a síntese de ATP
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METABOLISMO ENERGÉTICO VEGETAL
Sol Energia Nuclear 
Luminosa
Térmica
Fotossíntese 
Energia Química
H2O + CO2 = Carboidratos
nCO2 + nH2O + luz ---> (CH2O)n + nO2
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METABOLISMO ENERGÉTICO ANIMAL
Alimentos
Carboidratos
Lipídios
Proteínas
 Térmica 60%
 Mecânica 20%
 Elétrica 10%
 Química 10%
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RELAÇÕES TERMODINÂMICAS E COMPONENTES RICOS EM ENERGIA
Segunda Lei da Termodinâmica diz respeito a ENTROPIA (S) = Medida ou indicador do grau de desordem ou casualidade de um sistema
Entropia é vista como energia de um sistema que não está disponível para realizar trabalho útil.
TODOS OS PROCESSOS, TENDEM A PROGREDIR EM DIREÇÃO À SITUAÇÃO DE MÁXIMA ENTROPIA
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ENERGIA LIVRE (G) - GIBBS
Energia livre de um sistema é a parte da energia total do sistema que está disponível para um tabalho útil. É bem definida por
 ΔG = ΔH – TΔS
Nesta expressão, para um sistema seguindo em direção ao equilibrio, em temperatura e pressão constantes:
ΔG = Variação de energia livre
ΔH = Variação em entalpia ou do conteúdo de calor
T = Temperatura absoluta
ΔS = Variação de entropia
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ENERGIA LIVRE (G) - GIBBS
ΔG = 0, o processo está em equilibrio e não há fluxo líquido em nenhuma direção
ΔG < 0, o processo ocorre espontaneamente em direção ao equilíbrio na direção escrita, em parte, em virtude de um aumento na entropia ou desordem do sistema. Tal processo libera energia e é EXERGÔNICA
ΔG > 0, o processo ocorrerá espontaneamente na direção inversa à escrita. A energia de alguma outra fonte deve ser aplicada para permitir que ocorra em direção ao equilibrio. Esse processo é chamado ENDERGÔNICO
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A VELOCIDADE DE UMA DADA REAÇÃO DEPENDE DA ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO
A variação de energia livre em um processo bioquímico é a mesma, independentemente da via ou do mecanismo usado para chegar ao estado final.
A variação de energia livre está relacionado com a constante de equilibrio.
 A + B = C + D
Constante de equilíbrio:
 Keq = [C] [D] / [A] [B]
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ENERGIA LIVRE PADRÃO (ΔGO)
Condições:
Concentração 1 M; Pressão 1 Atm
pH = 7,0 ([H+] = 10-7M )
A variação de energia livre é expressa como ΔGo = -RT ln K'eq
R = Constantes dos gases = 1,987 cal/mol 
T = Temperatura absoluta em oKelvin
K'eq = Constante de equilíbrio
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Quando K'eq < 1, a reação é ENDERGÔNICA e ΔGo Positivo
Quando K'eq > 1, a reação é EXERGÔNICA e ΔGo Negativo
Energia Livre para alcançar uma concentração de 1M de substrato e produtos:
 ΔG = ΔGo +RT ln ([C] [D]) / ([A] [B])
ENERGIA LIVRE PADRÃO (ΔGO)
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VALOR CALÓRICO DE COMPONENTES DA DIETA
Durante oxidação completa, passo a passo, da glicose uma grande quantidade de energia fica disponível,
C6H12O6 + 6 O2 -> 6CO2 + 6 H2O
 ΔGo = -2864 kJ/mol ou -684 kcal /mol
Quando esse processo ocorre em condições de aerobiose na maioria das células, é possível conservar aproximadamente metade dessa energia "disponível" como 38 moléculas de ATP
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VARIAÇÕES DE ENERGIA LIVRE(ΔGO) E VALORES CALÓRICOS 
ΔG < 0, Reação exergônica
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Outros compostos fosforilados de alta energia
Alta energia < -25 kJ/mol
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COMPOSTOS SÃO CLASSIFICADOS COM BASE NA ENERGIA LIBERADA
Os dois grupos fosforil terminais do ATP são ligações de alta energia, uma vez que a energia livre de hidrólise de uma ligação fosfoanidrido é muito maior do que a de um simples éster de fosfato.
Alta energia não é sinônimo de estabilidade da ligação química em questão e nem se refere a energia necessária para quebrar tal ligação.
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COMPOSTOS DE ALTA ENERGIA
Compostos cujo produtos de sua quebra hidrolítica estão em forma mais estáveis do que o composto original.
Esteres de fosfato (Compostos de baixa energia) apresentam valores de ΔGo de hidrólise negativo, na faixa de 42 KJ /mol, enquanto ligações de alta energia tem valores de ΔGo negativos, na faixa de 21 a 63 KJ /mol,
Esteres de fosfato, como glicose 6-fosfato e glicerol-6-fosfato são compostos de baixa energia.
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RAZÕES PARA CERTOS COMPOSTOS SEREM RICOS EM ENERGIA
1) Os produtos de hidrólise de uma ligação rica em energia podem existir em mais formas de ressonância do que a molécula precursora;
2) Muitos arranjos de ligações de alta energia contêm grupos de carga eletrostáticas semelhantes localizadas em estreita proximidade entre si;
3) A hidrólise de certas ligações rica em energia resulta na formação de um composto instável, que pode isomerizar espontaneamente para formar um composto mais estável.
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 Fosfoenolpiruvato + ADP		 Piruvato + ATP
 É Catalizada pela Cinase do Piruvato
 Transferencia do Grupo Fosfato do Fosfoenolpiruvato para o ADP
 Produto intermediário Enol-Piruvato que é Convertido à forma Ceto Piruvato
 Reação Exergônica Irreversível
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FONTES DO ACETIL-COENZIMA A
β-oxidação de ácidos graxos de cadeia longa;
Quebra de carboidratos pela glicólise
Oxidação dos corpos cetônicos (acetato e β-hidroxibutirato)
Oxidação do etanol
Oxidação de aminoácidos cetogênicos, como leucina e isoleucina;
A reação da piruvato desidrogenase
ACETATO É CONVERTIDO EM ACETIL-CoA ÀS CUSTAS DE ATP PELA ACETOQUINASE OU ACETATO QUINASE
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COENZIMA A 
Coenzima A ( CoA ou CoASH), consiste de:
1- Adenina-nucleotídeo adenosina 3‘-fosfato 5 ‘-difosfato
2-Pirofosfato
3- Vitamina ácido pantotênico
4- β –Alanina
5 – Cisteamina ( 2-aminoetanotiol)
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Nas células, a CoA existe na forma de tiol reduzido (CoASH), que forma ligações tioester de alta energia com grupos acil e está envolvida em reações de transferência nas quais CoA serve como aceptor, depois doador, do grupo acil.
COENZIMA A 
Transferases
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 
4-fosfopantotenato
 
4-fosfopantotenoilcisteína
 
4-fosfopantetoína
 
Defosfocoenzima A
 
SÍNTESE DA COA
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Várias vias metabólicas envolvem apenas derivados de acil-CoA, por exemplo, β-oxidação de ácido graxos e degradação de aminoácidos de cadeia ramificada.
COENZIMA A 
3-hidroxi-3-metilglutaril (HMG-CoA)
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As células do parênquima hepático contêm:
Uma forma citosólica da HMG sintase, que está envolvida na síntese do colesterol, e
Uma forma mitocondrial, que funciona na síntese dos corpos cetônicos
A enzima catalisa uma condensação aldólica entre o carbono metil do acetil-CoA e o grupo β-carbonila do acetoacetil-CoA, com hidrólise da ligação tioéster do acetil-CoA.
HMH-CoA =β-hidroxi- β-metilglutaril-Coenzima A
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O ácido mevalônico é formado a partir de HMG-CoA, pela enzima do retículo endoplasmático HMG-CoA redutase, que tem uma necessidade absoluta de NADPH
HMG-CoA
redutase
(retículo endoplasmático)
HMH-CoA =β-hidroxi- β-metilglutaril-Coenzima A
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FONTES E DESTINOS METABÓLICO DO PIRUVATO
Durante a glicólise aeróbica, glicose ou outras hexoses são convertidas em piruvato, o produto final dessa via citosólica.
O piruvato é também formado na degradação de aminoácidos, como alanina ou serina e tem vários destinos, dependendo do tecido e do seu estado metabólico.
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Ácidos Graxos
Glicerol
Aminoácidos
Fosfogliceraldeído
Glicogênio/Glicose
Ácido Pirúvico
TRIGLICERÍDEOS
CARBOIDRATOS
PROTEÍNAS
ACETIL-COA
Ácido Lático
CICLO DE KREBS
ENERGIA
SISTEMA DE TRANSPORTE 
DE ELÉTRONS
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PIRUVATO DESIDROGENASE É UM COMPLEXO MULTIENZIMÁTICO
O piruvato é convertido em acetil-CoA pelo complexo multienzimático piruvato desidrogenase.
Piruvato + NAD+ + CoASH -> acetil-CoA + CO2 + NADH + H +
Três dos cofatores: tiamina pirofosfato (TTP), lipoamida e flavina Adenina dinucleotídeo (FAD) são ligados a subunidades do complexo.
ΔG o = -33,4 KJ / mol
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FAD – FLAVINA ADENINA DINUCLEOTÍDIO (B2)
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Produção de Acetil- CoA
A produção de acetil –CoA é catalisada pela piruvato desidrogenase, onde o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de CO2 e os 2 carbonos remanescentes formam o acetil.
A reação completa é chamada de descarboxilação oxidativa. 
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COMPLEXO PIRUVATO DESIDROGENASE
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	As reações seqüenciais de desidrogenação e descarboxilação ocorrem com 3 enzimas e 5 coenzimas ou grupos prostéticos:
	A deficiência da tiamina (Vitamina B1) causa a doença de Beriberi caracterizada por distúrbios neurológicos, paralisia atrofia cardíaca e morte. 
Produção de Acetil- CoA
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REGULAÇÃO DA PIRUVATO DESIDROGENASE
1) Dois produto da reação, acetil-CoA e NADH, inibem o complexo de modo competitivo, como inibidores de retroalimentação ( feedback);
2) O complexo piruvato desidrogenase passa por fosforilação e desfoforilação. O complexo é ativo quando desfosforilado e inativo quando fosforilado.
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Inativação é realizada por uma proteína quinase Mg2+-ATP-Dependente, que fica firmimente ligado ao complexo
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A ativação é realizada por uma fosfoproteína fosfatase, que também fica associada com o complexo e funciona de modo Mg2+ e Ca2+ dependente.
Hexoquinase
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ACETIL-COA É USADO POR VÁRIAS VIAS
1) Completa oxidação do grupo acetil no ciclo TCA para geração de energia;
2) Conversão do excesso de acetil-CoA nos corpos cetônicos, acetato e β-hidroxibutirato no fígado;
3) Transferência de unidades de acetil como citrato para o citosol, com subsequente síntese de ácidos graxos de cadeias longas e esteróis.
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